已知圆O的方程为x2+y2=1和点A(a,0),设圆O与x轴交于P、Q两点,M是圆OO上异于P、Q的任意一点,过点A(a,0)且与x轴垂直的直线为l,直线PM交直线l于点E,直线QM交直线l于点F.
(1)若a=3,直线l1过点A(3,0),且与圆O相切,求直线l1的方程;
(2)证明:若a=3,则以EF为直径的圆C总过定点,并求出定点坐标;
(3)若以EF为直径的圆C过定点,探求a的取值范围.
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解:(1)∵直线l1过点A(3,0),且与圆C:x2+y2=1相切,
设直线l1的方程为y=k(x-3),即kx-y-3k=0,
则圆心O(0,0)到直线l1的距离为d=,解得k=,
∴直线l1的方程为y=(x-3),即y=(x-3).
(2)对于圆方程x2+y2=1,令y=0,得x=±1,即P(-1,0),Q(1,0).
又直线l2过点a且与x轴垂直,∴直线l2方程为x=3,设M(s,t),则直线PM方程为y=(x+1).
解方程组,得P′同理可得,
∴以P′Q′为直径的圆C′的方程为(x-3)(x-3)+(y-)(y-)=0,
又s2+t2=1,∴整理得,
若圆C′经过定点,只需令y=0,从而有x2-6x+1=0,解得x=3,
∴圆C′总经过定点坐标为(3,0).
(3)以EF为直径的圆C过定点,它的逆命题:设圆O与x轴交于P、Q两点,M是圆O上异于P、Q的任意一点,
过点M(m,0)且与x轴垂直的直线为l2,直线PM交直线l2于点P′,
直线QM交直线l2于点Q′,以P′Q′为直径的圆C总过定点,则m>1或者m<-1.
解析分析:(1)利用a=3,直线l1过点A(3,0),且与圆O相切,通过圆心到直线的距离等于半径,求出直线的斜率,即可求直线l1的方程;(2)通过a=3,设出M的坐标,推出以EF为直径的圆C的方程,利用圆总过定点,即可求出定点坐标;(3)通过以EF为直径的圆C过定点,写出逆命题,然后求a的取值范围.
点评:本题考查直线与圆的位置关系,点到直线的距离公式的应用,圆的方程的应用,考查分析问题解决问题的能力.